《地質學》：新研究揭示埃迪卡拉紀海洋深層海水可能已經開始大規模氧化

2025-11-24 20:47:47 分類：探索 閱讀(42212)

埃迪卡拉紀深水相藍田組黃鐵礦的主要形態及其原位微區硫同位素組成特征
（神秘的地球uux.cn報道）據中國科學院南京地質古生物研究所：通常認為，氧氣是學新復雜多細胞生物得以生存和繁衍的重要條件之一。孕育了地球上最早的研究洋深氧化蘇州吳中區上課工作室（品茶喝茶）崴信159+8298+6630提供外圍女小姐上門服務快速安排面到付款復雜多細胞生物的埃迪卡拉紀海洋，其深層海水是揭示紀海經開否發生了大規模氧化？中國科學院南京地質古生物研究所王偉副研究員等人的最新研究成果，為了解當時海洋的埃迪氧化狀態提供了新的證據，相關成果于2021年1月27日在線發表于國際知名期刊《地質學》（Geology）。卡拉
距今6.35–5.38億年前的層海埃迪卡拉紀是地球生命演化的關鍵轉折時期。該時期地層中產出了大量由復雜多細胞生命組成的水可始化石生物群，例如：華南揚子地臺的規模“藍田生物群”、“甕安生物群”、地質“廟河生物群”及“石板灘生物群”等。學新復雜多細胞生物的研究洋深氧化生命活動需要消耗大量氧氣，它們的揭示紀海經開出現代表著當時海洋環境中含氧量的增高，但是埃迪許多研究卻認為新元古代晚期埃迪卡拉紀海洋的深水區仍處于還原狀態。
近期，卡拉南京古生物所王偉副研究員、蘇州吳中區上課工作室（品茶喝茶）崴信159+8298+6630提供外圍女小姐上門服務快速安排面到付款關成國助理研究員和周傳明研究員等與中國科學院地質與地球物理研究所同事合作，利用黃鐵礦硫同位素原位微區分析方法（nanoSIMS），并結合巖石學和礦物學分析，揭示了埃迪卡拉紀海洋中的硫酸根庫容量比先前估計的要高，表明當時深層海水可能已經開始大規模氧化。同時，本研究指出全巖硫同位素指標在古環境重建中存在一定的局限性，并提供了相應的解決方案。
地質歷史時期古海洋環境的恢復多借助于地球化學手段，硫同位素是其中最常用的地化指標之一。在大氣含氧量普遍較低的情況下，陸源硫酸根離子是海洋的重要氧化劑，對古海洋深水區的氧化起到關鍵性作用。在硫酸鹽還原細菌作用下，硫酸根與有機質發生氧化還原反應，硫同位素在氧化態（硫酸根）和還原態（例如黃鐵礦）中發生同位素分餾。盡管引發硫同位素分餾的因素很多，但其分餾程度（Δ34S=δ34SCAS–δ34SPy）常用來反推地質歷史時期海洋環境中的硫酸根濃度和古海洋的氧化能力。
埃迪卡拉紀沉積地層中的硫同位素組成較為復雜，主要表現在不同沉積層位的Δ34S值存在較大變化范圍（0~50‰）。綜合其他地化指標，普遍認為埃迪卡拉紀較大范圍的Δ34S值與該時期海洋中較低的硫酸根濃度有關（深水區硫酸根濃度< 1 mM）。然而，以往傳統硫同位素方法的應用多采取全巖分析手段，缺乏系統的巖石學和礦物學分析，并未充分考慮沉積硫化物（例如黃鐵礦）形成過程及后期成巖作用的復雜性。早期的方法有可能導致所提取的古海水中的同位素信號疊加了其他介質（例如孔隙水、成巖后期的地下水體）的信號，致使我們對當時海洋水體的氧化還原狀態的認識產生偏差。
為解決以上問題，研究團隊以埃迪卡拉紀深水相藍田巖芯樣品為研究對象，系統分析了埃迪卡拉系藍田組硫同位素組成復雜變化的原因，并評估了全巖硫同位素方法恢復地質歷史時期古海洋環境的可靠性。連續、完整、新鮮的巖芯樣品為進行系統可靠的巖石學和礦物學觀察，以及地球化學分析提供了有力保障。
研究結果表明：1）埃迪卡拉紀藍田巖芯中的沉積黃鐵礦主要存在兩種形態：草莓狀黃鐵礦和自形/半自形黃鐵礦。草莓狀黃鐵礦具中等大小的粒徑范圍（5.9 ± 2.0 μm – 8.7 ± 4.1 μm），具較低且穩定的同位素組成（δ34SPy均值為–25.3 ± 6.2‰），形成于底層水體或沉積物的淺表面，代表了開放的形成環境。部分草莓狀黃鐵礦具有成巖過程中形成的重結晶和包殼現象，與保存完好的草莓狀黃鐵礦相比，它們的硫同位素數值相對較高但仍為負值；2）與之相比，自形/半自形黃鐵礦具立方體、五角十二面體和八面體晶形，以單晶體和聚合體形態存在，具較高而變化范圍較大的δ34SPy值（12.6 ± 13.3‰）。推測它們形成于與上覆水體不甚通暢的封閉環境，較大的值域分布應為在孔隙水微環境中發生的瑞利分餾導致的庫效應所致；3）草莓狀黃鐵礦和自形/半自形黃鐵礦中的δ34SPy值相差較大，在同一樣品中兩者的δ34SPy值最大差異可達43.6 ± 4.5‰。剖面中全巖δ34SPy值的變化應由樣品中草莓狀黃鐵礦和自形/半自形黃鐵礦組成比例不同導致，并不能反映海水中硫酸根濃度水平的變化。
研究表明形成于開放水體環境、未經成巖作用改造的草莓狀黃鐵礦的硫同位素組成最有可能代表底層水體的同位素分餾狀態，可以作為恢復古海洋氧化還原條件的研究載體。本研究還基于硫循環模型，估算了埃迪卡拉紀硫酸根濃度，認為以往基于全巖硫同位素的研究很可能嚴重低估了此時期海洋中的硫酸根濃度及其海洋氧化能力，推測埃迪卡拉紀硫酸根庫容量可能已經足夠滿足深層海水的氧化，從而為復雜多細胞生命的發展提供了保障。
本研究的樣品采集、光學顯微鏡和掃描電子顯微鏡觀察在南京古生物所實驗室完成，nanoSIMS同位素測試在中科院地質與地球物理研究所納米離子探針實驗室完成。
此項研究獲得了國家科技部、中國科學院和國家自然科學基金委員會項目資助。
相關論文信息：Wei Wang*, Yongliang Hu, A. Drew Muscente, Huan Cui, Chengguo Guan, Jialong Hao, Chuanming Zhou*, 2021, Revisiting Ediacaran sulfur isotope chemostratigraphy with in situ nanoSIMS analysis of sedimentary pyrite. Geology, v. 49, https://doi.org/10.1130/G48262.1
相關報道：中科院南京古生物所：研究表明6億年前海洋深處有氧氣
（神秘的地球uux.cn報道）據中國科學報（沈春蕾）：如果沒有氧氣供給，人類會窒息而亡。復雜多細胞生物的生存和繁衍也離不開氧氣。埃迪卡拉紀古海洋孕育了地球上最早的復雜多細胞宏體生物，其深層海水是否含有氧氣？中科院南京地質古生物研究所（以下簡稱南京古生物所）等單位開展研究，為揭示當時海洋的氧化狀態提供了新證據。相關研究成果近日在線發表于《地質學》。
距今6.35億至5.38億年前的埃迪卡拉紀是地球生命演化的關鍵轉折時期。該時期地層中產出了大量由復雜多細胞生命組成的化石生物群，如華南揚子地臺的藍田生物群、甕安生物群、廟河生物群及石板灘生物群等。復雜多細胞生物的出現表明當時海洋環境中含氧量增加，但一些研究卻認為晚期埃迪卡拉紀海洋的深水區大部分時間仍處于還原缺氧狀態。
為此，南京古生物所研究員王偉、碩士研究生胡永亮、助理研究員關成國、研究員周傳明等與中科院地質與地球物理研究所科研人員及國外學者合作，利用黃鐵礦硫同位素原位微區分析方法，并結合巖石學和礦物學分析，揭示了埃迪卡拉紀古海洋中的硫酸根庫容量比先前估計的高，表明在埃迪卡拉紀早期深層海水可能已經開始大規模氧化。
地質歷史時期古海洋環境重建多借助于地球化學手段，硫同位素是最常用的指標之一。王偉告訴《中國科學報》：“我們的研究發現全巖硫同位素指標在古環境重建中存在一定的局限性，并提供了相應的解決方案。”
在大氣含氧量普遍較低的情況下，陸源硫酸根離子是海洋的重要氧化劑，對古海洋深水區的氧化起到關鍵性作用。在硫酸鹽還原細菌作用下，硫酸根與有機質發生氧化還原反應，硫同位素在氧化態（硫酸根）和還原態（例如黃鐵礦）中發生同位素分餾。盡管引發硫同位素分餾的因素很多，但其分餾程度常用來反推地質歷史時期海洋環境中的硫酸根濃度和古海洋的氧化能力。
埃迪卡拉紀沉積地層中的硫同位素組成較為復雜。以往傳統硫同位素方法的應用多采取全巖分析手段，缺乏系統的巖石學和礦物學分析，并未充分考慮沉積硫化物（例如黃鐵礦）形成過程及后期成巖作用的復雜性。王偉說：“早期的方法有可能導致提取的古海水中的同位素信號疊加了其他介質（例如孔隙水、成巖后期的地下水體）信號，致使我們對當時海洋水體的氧化還原狀態的認識產生偏差。”
為解決以上問題，研究團隊以埃迪卡拉紀深水相藍田巖芯樣品為研究對象，系統分析了埃迪卡拉紀藍田組硫同位素組成復雜變化的原因，并評估了全巖硫同位素方法恢復地質歷史時期古海洋環境的可靠性。連續、完整、新鮮的巖芯樣品，為進行系統可靠的巖石學和礦物學觀察以及地球化學分析提供了有力保障。
研究表明，形成于開放水體環境、未經成巖作用改造的草莓狀黃鐵礦的硫同位素組成最有可能代表底層水體的同位素分餾狀態，可以作為恢復古海洋氧化還原條件的研究載體。
研究團隊還基于硫循環模型，估算了埃迪卡拉紀硫酸根濃度，認為以往基于全巖硫同位素的研究很可能嚴重低估了這一時期海洋中的硫酸根濃度及其海洋氧化能力，推測埃迪卡拉紀硫酸根庫容量可能已經足夠滿足深層海水的氧化，從而為復雜多細胞生命的發展提供了保障。